Układ Słoneczny - układ planetarny w Ramieniu Oriona galaktyki Drogi Mlecznej, składający się z gwiazdy centralnej - Słońca - i ciał niebieskich związanych z nią grawitacyjnie. Obejmuje 8 głównych planet, ich księżyce (ponad 205 znanych), planety karłowate (np. Pluton), a także miliony asteroid (głównie między Marsem a Jowiszem), komety i meteoroidy krążące po orbitach eliptycznych oraz pył i gaz międzyplanetarny.
Położenie Układu Słonecznego
Położenie Układu Słonecznego w Galaktyce jest prawdopodobnie jednym z czynników warunkujących ewolucję życia na Ziemi. Jego orbita w Galaktyce jest zbliżona do okręgu, a prędkość orbitalna jest mniej więcej taka sama jak prędkość orbitalna ramion galaktycznych, co oznacza, że przejście między ramionami zdarza się rzadko. W ramionach spiralnych wybuchy supernowych zdarzają się znacznie częściej niż pomiędzy nimi, co może mieć katastrofalny wpływ na klimat i biosferę planet; niektórzy naukowcy spekulują, że część wyginięć na Ziemi mogła być spowodowana takimi zjawiskami. Ziemia znajduje się w stosunkowo stabilnym miejscu, a zatem sprzyja ewolucji życia. Układ Słoneczny leży również wystarczająco daleko od gęsto wypełnionych gwiazdami regionów centrum Galaktyki, gdzie bliskie przeloty gwiazd mogłyby wypchnąć ciała z Obłoku Oorta i wysłać wiele komet do wnętrza Układu Słonecznego, powodując katastrofalne zderzenia. Intensywne promieniowanie z jądra Galaktyki mogłoby również zniszczyć życie na Ziemi.
Struktura Układu Słonecznego
Centrum Układu Słonecznego stanowi Słońce, gwiazda ciągu głównego typu widmowego G2, która zawiera 99,86% znanej masy Układu i dominuje nad nim grawitacyjnie. Jowisz i Saturn, dwa największe ciała krążące wokół Słońca, stanowią ponad 90% pozostałej masy układu.
Większość orbit dużych ciał krążących wokół Słońca znajduje się blisko płaszczyzny orbity Ziemi, znanej jako ekliptyka, podczas gdy orbity komet i obiektów Pasa Kuipera są zwykle nachylone pod większym kątem do ekliptyki. Wszystkie planety i większość innych ciał krąży wokół Słońca zgodnie z kierunkiem jego obrotu (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, patrząc od północnego bieguna Słońca). Istnieją również wyjątki, takie jak Kometa Halleya.
Ruch orbitalny ciał niebieskich krążących wokół Słońca opisał Johannes Kepler, formułując prawa ruchu planet. Zgodnie z pierwszym prawem Keplera, każde ciało krąży (w przybliżeniu) po elipsie, a Słońce znajduje się w jednym z ognisk tej elipsy. Im bliżej Słońca znajduje się ciało, tym szybciej się porusza. Orbity planet są zbliżone do okręgu, jednak wiele komet, asteroid i obiektów Pasa Kuipera krąży po bardzo wydłużonych elipsach, a ich odległość od Słońca zmienia się podczas orbity. Maksymalne zbliżenie do Słońca nazywane jest peryhelium, a największa odległość - aphelium.
Ze względu na ogromne różnice we współczynnikach odległości, wiele wizualizacji Układu Słonecznego pokazuje orbity planet w podobnych odległościach od siebie. W rzeczywistości, z kilkoma wyjątkami, im dalej planeta lub pas asteroid krąży od Słońca, tym bardziej zwiększa się odległość między jej orbitą a orbitą poprzedniego ciała. Na przykład Wenus znajduje się średnio 0,33 au dalej niż Merkury, Saturn - 4,3 au dalej niż Jowisz, a Neptun - 10,5 au dalej niż Uran. Podejmowano próby określenia zależności między tymi odległościami (patrz: Prawo Titiusa-Bode'a), jednak żadna teoria tego typu nie znalazła wyjaśnienia i nie została zaakceptowana.
Kluczowymi elementami Układu Słonecznego są:
Słońce: Centralna, największa gwiazda, stanowiąca ok. 99,8% masy całego układu.
Pas asteroid - Merkury, Wenus, Ziemia, Mars (planety skaliste/wewnętrzne) oraz Jowisz, Saturn, Uran, Neptun (gazowe olbrzymy/planety zewnętrzne).
Pas Kuipera - to ogromny pierścień planetoid zbudowany głównie z lodu. Rozciąga się w odległości 30-50 au od Słońca. Składa się głównie z małych ciał Układu Słonecznego, ale niektóre z jego największych obiektów, takich jak Quaoar, Varuna czy Orcus, mogą w przyszłości zostać uznane za planety karłowate zgodnie z definicją IAU. Zidentyfikowano ponad tysiąc obiektów, z których kilka ma średnicę ok. 1000 km lub większą. Szacuje się, że w pasie znajduje się ponad 100 000 obiektów o średnicy przekraczającej 50 km, składających się z obiektów skalno-lodowych. Obiekty Pasa Kuipera można z grubsza podzielić na "klasyczne" i te znajdujące się w rezonansie orbitalnym z Neptunem, czyli takie, których okres orbitalny jest związany z okresem orbitalnym planety. Rezonans 2:3 oznacza, że ciało okrąża Słońce dwa razy podczas trzech okrążeń Słońca przez Neptuna. Ten rodzaj rezonansu dotyczy obiektów okresowo zbliżających się do Słońca w ruchu orbitalnym bardziej zbliżonym do Neptuna, np. Pluton. Od nazwy tej planety karłowatej, obiekty w takim rezonansie nazywane są plutonami. "Klasyczna" część pasa zawiera obiekty nie będące w rezonansie z Neptunem i rozciąga się mniej więcej od 39,4 do 47,7 au. Są one nazywane cubewano, od oznaczenia pierwszego odkrytego obiektu tego typu, 1992 QB1 - obecnie (15760) Albion.
Dysk rozproszony pokrywa się z Pasem Kuipera, ale rozciąga się znacznie dalej na zewnątrz. Uważa się, że obszar ten jest źródłem większości komet krótkookresowych. Prawdopodobnie obiekty dysku rozproszonego zostały wyrzucone na nieregularne orbity przez oddziaływanie grawitacyjne Neptuna, który poruszał się po bardziej odległej orbicie podczas formowania się Układu Słonecznego (patrz: migracja planet). Większość rozproszonych obiektów dyskowych (SDO) ma peryhelium w Pasie Kuipera, ale aphelium rozciąga się do 150 au od Słońca. Orbity SDO są również silnie nachylone do płaszczyzny ekliptyki i często są do niej niemal prostopadłe. Niektórzy astronomowie uważają rozproszony dysk za część Pasa Kuipera i używają terminu "rozproszone obiekty Pasa Kuipera".
Hipotetyczny Obłok Oorta - to bardzo duża grupa obiektów (od miliarda do biliona), zbudowana głównie z lodu, tworząca spłaszczoną część wewnętrzną, a dalej kulistą otoczkę Układu Słonecznego. Rozciąga się od 300 do 50 000 au (prawie rok świetlny) od Słońca, a może nawet dwa razy dalej. Przypuszczalnie składa się z planetozymali wyrzuconych z wewnętrznych regionów Układu w wyniku oddziaływań grawitacyjnych dużych planet na wczesnych etapach jego formowania. Struktura obłoku podlega wpływom innych gwiazd, ich bliskie przejścia, które miały miejsce w przeszłości i będą miały miejsce w przyszłości, mogą wyrzucać z niego komety w kierunku planet.
Heliopauza - to zewnętrzna, umowna granica Układu Słonecznego, gdzie wiatr słoneczny (strumień cząstek ze Słońca) traci swoją moc i zderza się z ośrodkiem międzygwiazdowym. Działa jako tarcza ochronna (heliosfera) przed promieniowaniem kosmicznym. Znajduje się ona około 120-123 jednostek astronomicznych od Słońca. Za tą granicą materia słoneczna przestaje dominować, a zaczyna materia z przestrzeni międzygwiezdnej. Przeciwieństwem heliopauzy jest heliosfera - obszar wokół Słońca, w którym ciśnienie wiatru słonecznego przeważa nad ciśnieniem wiatrów galaktycznych, tworząc "bańkę" materiału wyrzucanego przez Słońce.
Pięć obiektów Układu Słonecznego sklasyfikowanych jako planety karłowate to:
Ceres - jest największym i najwcześniej odkrytym obiektem w pasie asteroid. Jego średnica wynosi 952,4 km, a jego masa stanowi około 1/3 całkowitej masy pasa. Po odkryciu w 1801 r. został uznany za planetę, ale odkrycia podobnych obiektów doprowadziły do tego, że zaczęto go nazywać planetą podrzędną lub asteroidą. W 2006 roku została przeklasyfikowana - uznano ją za planetę karłowatą.
- Pluton (do 24 sierpnia 2006 roku uznawana za dziewiątą planetę Układu), jest największym znanym obiektem w Pasie Kuipera. Kiedy został odkryty w 1930 roku, został uznany za dziewiątą planetę; sytuacja zmieniła się w 2006 roku wraz z wprowadzeniem nowej definicji planety. Pluton ma stosunkowo ekscentryczną orbitę nachyloną pod kątem 17 stopni do płaszczyzny ekliptyki i rozciągającą się od 29,7 au w peryhelium (wewnątrz orbity Neptuna) do 49,5 au w aphelium. Jego największy księżyc Charon ma masę tylko 7 razy mniejszą niż Pluton, dlatego tworzy z Plutonem podwójną planetę karłowatą, co oznacza, że punkt, wokół którego orbitują (barycentrum), znajduje się w przestrzeni między nimi. Cztery znacznie mniejsze księżyce, Nix, Hydra, Kerberos i Styx, krążą wokół Plutona i Charona na bardziej odległych orbitach.
Haumea - jest niezwykły, szybko obracająca się planeta karłowata znajdująca się w Pasie Kuipera poza orbitą Neptuna, znany ze swojego wydłużonego kształtu, jajowaty kształt, posiada dwa księżyce (Hi'iaka i Namaka) oraz pierścień. Jest to obiekt trans-Neptunowy, który, ze względu na jego szybki obrót (ok. 4h), przybrał kształt zbliżony do elipsoidy.
- Makemake - drugi co do wielkości obiekt w Pasie Kuipera, planeta karłowata o średnicy około 3/4 średnicy Plutona, jest jednym z niewielu ciał Pasa Kuipera bez odkrytego satelity. Jego wyjątkowo niska średnia temperatura (około 30 K) sprawia, że jego powierzchnia jest najprawdopodobniej pokryta lodem metanowym i etanowym. Jego orbita jest silnie nachylona do płaszczyzny ekliptyki pod kątem 29°, a jego okres orbitalny wokół Słońca wynosi prawie 310 lat ziemskich.
- Eris - największy znany obiekt w dysku rozproszonym. Jego odkrycie wywołało debatę nad nową definicją planety, ponieważ ciało to nie było mniejsze od Plutona, a nawet uważano, że jest większe. Według współczesnych pomiarów ma średnicę około 2330 km, prawie taką samą jak Pluton. Ma jednak największą masę spośród znanych planet karłowatych. Posiada jeden znany księżyc, Dysnomię. Podobnie jak Pluton, jej orbita jest wysoce ekscentryczna; Eris ma peryhelium w odległości 38,2 au od Słońca (średnia odległość Plutona), a aphelium w odległości 97,6 au i jest stromo nachylona do ekliptyki.
Planetoidy
TSą to w większości małe ciała Układu Słonecznego, składające się głównie z minerałów skalistych i metalicznych.
Główny pas asteroid zajmuje orbitę między Marsem a Jowiszem, w obszarze od 2,12 do 3,3 au od Słońca. Uważa się, że jest to pozostałość po procesie formowania się Układu Słonecznego, tj. materia, która nie zdołała połączyć się w większy obiekt pod wpływem grawitacji Jowisza.
Rozmiary planetoid wahają się od setek kilometrów do mikroskopijnych rozmiarów. Wszystkie planetoidy z wyjątkiem Ceres są klasyfikowane jako małe ciała Układu Słonecznego, ale niektóre, takie jak Vesta i Hygieia, mogą zostać uznane za planety karłowate, jeśli okaże się, że osiągnęły równowagę hydrostatyczną (co oznacza, że ich własna grawitacja nadała im prawie kulisty kształt).
Do 2002 roku w pasie planetoid zidentyfikowano około 40 000 obiektów o średnicy większej niż 1 km, a ich szacunkowa liczba może wynosić od 700 000 do 1,7 miliona. Jednak całkowita masa planetoid prawdopodobnie nie przekracza jednej tysięcznej masy Ziemi. Pas planetoid nie jest bardzo gęsty; sondy kosmiczne zwykle przelatują przez niego bez kolizji. Planetoidy o średnicach od 10 do 10-⁴ m nazywane są meteoroidami.
Niektóre planetoidy mają satelity. Są one zwykle nazywane księżycami asteroid, a jeśli oba ciała są podobnej wielkości, są uważane za planetoidy podwójne.
Planetoidy w pasie głównym są podzielone na grupy w oparciu o ich cechy orbitalne. Często łączy je również wspólne pochodzenie. Niektóre komety krótkookresowe również pochodzą z pasa planetoid, które prawdopodobnie były jednym ze źródeł wody na Ziemi.
Mniejsze ciała Układu Słonecznego
Oprócz planetoid pasa głównego i Pasa Kuipera, w Układzie Słonecznym istnieje wiele grup (rodzin) planetoid poruszających się po innych orbitach.
Trojany to planetoidy znajdujące się w punktach libracyjnych L₄ i L₅ Jowisza, Neptuna, Marsa i Ziemi. Są to stabilne grawitacyjnie obszary, które utrzymują ciało na wspólnej orbicie z planetą.
Planetoidy z rodziny Hilda znajdują się w rezonansie 2:3 z Jowiszem, co oznacza, że okrążają Słońce trzy razy na każde dwie orbity Jowisza.
Centaury to planetoidy krążące pomiędzy orbitami Saturna i Neptuna.
Obiekty bliskie Ziemi to cztery grupy planetoid, z których wiele przecina orbity planet wewnętrznych.
Komety
Są to małe ciała Układu Słonecznego, zwykle o średnicy zaledwie kilku kilometrów, składające się głównie z lodu. Ich orbity są bardzo ekscentryczne; zwykle peryhelium znajduje się w pobliżu orbit planet wewnętrznych, podczas gdy aphelium jest daleko poza orbitą Plutona. Gdy kometa zbliża się do Słońca, jej lodowa powierzchnia zaczyna sublimować, tworząc komę - długi ogon gazu i pyłu często widoczny gołym okiem z Ziemi.
Wiele grup komet, takich jak grupa Kreutza, pochodzi z rozpadu komety pierwotnej. Niektóre komety poruszające się po orbitach hiperbolicznych mogą pochodzić spoza Układu Słonecznego, ale dokładne określenie ich orbit jest trudne. Stare, nieaktywne komety, których lodowe części już wyparowały pod wpływem ogrzewania przez Słońce, są klasyfikowane jako planetoidy.
Komety krótkookresowe poruszają się po orbitach, których stabilność nie przekracza dwustu lat. Orbity komet długookresowych trwają tysiące lat. Komety długookresowe, takie jak kometa Hale-Bopp, prawdopodobnie pochodzą z Obłoku Oorta. Prawdopodobnie powstają w wyniku zbliżenia się do siebie dwóch ciał z Pasa Kuipera lub Obłoku Oorta, które mogą zostać wytrącone ze swoich orbit i skierowane do wewnętrznej części Układu Słonecznego, gdzie są obserwowane jako komety, lub wyrzucone w przestrzeń międzygwiezdną.
Komety i planetoidy mogą zderzać się z planetami, dlatego stanowią potencjalne zagrożenie dla życia na Ziemi. Ostatnia kolizja komety z planetą została zaobserwowana 16 lipca 1994 roku, kiedy kometa Shoemaker-Levy 9 zderzyła się z Jowiszem. Na Ziemi znajduje się wiele kraterów uderzeniowych, które są śladami upadku komet lub planetoid.
